民用飞机货舱门电作动控制系统设计

程海龙

【摘 要】随着飞机多电化发展，民用飞机货舱门越来越多地采用电作动。本文介绍了货舱门电作动系统的功能和组成，并重点介绍了货舱门电作动系统设计的关键技术，为民用飞机电动舱门设计提供参考。

【关键词】民用飞机；电作动；货舱门

0 引言

民用飞机货舱门作动系统，用于飞机货舱门的开启和关闭控制，同时，对货舱门及其控制系统状态进行指示。货舱门作动系统按照作动类型可分为液压作动和电作动。空客飞机多采用液压作动系统，例如A300-600飞机、A320飞机等，而波音飞机大多采用电动货舱门，例如B747-400飞机、B777-200等，也有采用液压作动的飞机，如B787飞机。电作动货舱门系统相比较于液压作动在系统可靠性及维护成本上具有较大优势。

1 系统功能

随着90年代两次飞机货舱门事故的发生，FAA对飞机舱门安全标准提出了非常严格的要求，并于2004年发布了FAR25-114修正案。对于货舱门作动系统，最新修正案条款明确规定，所有起动任何门的解锁和解闩的动力源必须在飞行前自动与锁闩和锁定系统断开，并且在飞行中不能给门恢复动力。由此，结合飞机级功能需求，确定货舱门作动系统功能。民用飞机货舱门作动系统功能如下：

（a）货舱门电作动控制，用于开启或关闭货舱门。

（b）货舱门作动系统供电控制，根据飞机状态，判断是否给电作动系统供电。

（c）指示与告警，用于向地勤人员提供系统状态信息并告警。

2 系统组成

根据系统功能要求，货舱门作动系统由电作动器、控制面板以及软轴组成，如图1所示。

图1 货舱门电作动系统组成图

2.1 电作动器

电作动器为货舱门作动系统的主要组成部分，一般由电机组件和控制单元组成。电机组件为28V直流无刷电机，包括霍尔传感器脉宽调制（PWM）组件、转子组件、断电机械刹车组件、安装连接点等。电机集成了断电刹车控制来预防电源失效或突然断电对附近人员造成的伤害，系统架构的设计通过主动电机控制设计可以允许电机刹车，电机刹车的设计能够提高系统可靠性和产品寿命。

控制单元以FPGA为基础，结合电源模块、滤波模块，通过输入输出信号，实现作动系统控制与监控。FPGA提供错误状态接口、作动器时序、作动器位置处理、电机速度及转矩控制、电机驱动、刹车控制和自检测功能。控制单元接收外部输入的舱门关闭、上拴、上锁、残余压力、打开、关闭和起落架轮载等信号，输出残余压力指示、照明、指示灯控制等信号。

2.2 控制面板

控制面板为地勤人员提供货舱门控制的开关，同时，提供货舱门作动系统状态指示灯，为地勤人员提供正确的操作提示。

2.3 软轴

软轴连接控制面板与电作动器，用于在断电的情况下，人工手动驱动舱门关闭。在控制面板上会有手工驱动的接口，同时，应配备相应的工具实现人工操作。

3 关键技术

3.1 供电控制方案

之前的飞机设计中，采用电控方式驱动的电动舱门并未提供可靠的操作指示和在飞行中切断舱门的供电。电动舱门的操作者无法得到舱门状态的准确信息和操作的明确指示，容易误操作损坏舱门的门锁机构导致空中增压过程中出现危险状况。更为严重的是，以前的飞机设计中电动舱门是带电飞行的，由于电动控制系统逻辑错误或其他因素，可能导致电动舱门在飞行中工作而打开舱门，造成飞机失压而造成重大后果。新的适航条款中要求“所有起动任何门的解锁和解闩的动力源必须在飞行前自动与锁闩和锁定系统断开，并且在飞行中不能给门恢复动力”，因此电动舱门需要一种安全控制系统来满足条款要求和保证飞机安全。

进行货舱门作动系统供电控制逻辑设计需要引入舱门信号系统信号，采用接近传感器来采集货舱门的关闭、上闩和上锁三个位置，接近传感器的激励和信号处理集成在舱门信号系统控制器中，此控制器从飞机总线中接收起落架轮载信号和空速信号。控制器根据这两个信号和传感器逻辑来判断飞机状态来控制货舱门作动控制器供电，系统控制框图如图2所示。

与现有技术相比，该设计进一步提高了电动舱门的安全标准，能够将操作人员的误操作因素降低到可接受水平，并且能够完全可靠的切断飞行过程中电动舱门的供电，能够充分满足新适航条例要求和飞机设计安全标准。

图2 货舱门作动系统控制框图

3.2 货舱门电作动器自动停止技术

在货舱门关门时，为了防止作动器撞击门框，破坏门结构上的密封圈，应采用减速机制。当货舱门接近关闭位置时，作动器将接收从舱门信号系统发出的舱门关闭信号。由于该信号在传输过程中存在延时，加上作动器停止需要一定的刹车时间，因此两者之间的匹配设计成为关键，也成为货舱门电动系统设计的难点。经过试验测试和计算分析发现，某型舱门信号系统传感器从探测到信号到发出信号到货舱门电作动器的延时不能超过100ms，作动器的接近停止位的速度不得高于10mm/s，有了这些需求限制，作动器才能在安全区域停下从而不伤害门结构上的密封圈。

4 总结

随着多电技术的发展，多电飞机已经成为民航飞机的发展趋势，而货舱门作动系统选择电作动方案也将成为越来越多先进客机的首选。电作动方案也将引领国内大型客机舱门作动系统设计方向，提升国产大飞机的先进性和经济性。

【参考文獻】

[1]孙欢庆.基于多电技术的民用飞机舱门电作动器研究[J].航空科学技术.2014（25）.

[2]吴建民，吴铭望，李国经.大型客机航空电子系统研发关键技术分析及建议[R].中国航空学会2007年学术年会，2007.

[责任编辑：张涛]endprint